larutan asam dan basa
advertisement
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 Hal 1 dari 11 BAB VIII Prodi Teknik Boga BAB VIII LARUTAN ASAM DAN BASA Asam dan basa sudah dikenal sejak dahulu. Istilah asam (acid) berasal dari bahasa Latin acetum yang berarti cuka. Seperti diketahui, zat utama dalam cuka adalah asam asetat. Istilah basa (alkali) berasal dari bahasa Arab yang berarti abu. Juga sudah lama diketahui bahwa asam dan basa saling menetralkan. Sejak berabad-abad yang lalu, para pakar mendefinisikan asam dan basa berdasarkan sifat larutan airnya. Larutan asam mempunyai rasa asam dan bersifat korosif (merusak logam, marmer, dan berbagai bahan lain). Sedangkan larutan basa berasa agak pahit dan bersifat kaustik (licin, seperti bersabun). Namun demikian, tidak dianjurkan mengenali asam dan basa dengan cara mencicipi karena berbahaya. Asam dan basa dapat dikenali menggunakan indikator asam basa, misalnya lakmus merah dan lakmus biru. Larutan asam mengubah lakmus biru menjadi merah, sebaliknya larutan basa mengubah lakmus merah menjadi biru. Larutan yang tidak mengubah warna lakmus, baik lakmus merah maupun lakmus biru, disebut bersifat netral (tidak asam dan tidak basa). Air murni bersifat netral. Tabel 1. Warna kertas lakmus merah dan biru dalam larutan yang bersifat asam, basa, dan netral Dalam larutan yang bersifat Jenis kertas lakmus Asam Basa Netral Lakmus merah merah biru merah Lakmus biru merah biru biru Sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 1, lakmus merah memberi warna yang sama dalam larutan yang bersifat asam dan dalam larutan yang bersifat netral. Oleh karena itu, untuk menunjukkan larutan asam harus menggunakan lakmus biru. Larutan yang bersifat asam mengubah lakmus biru menjadi merah. Sebaliknya, untuk menunjukkan larutan bersifat basa, harus menggunakan lakmus merah. Beberapa contoh larutan terlihat di bawah ini : Larutan bersifat asam : larutan cuka, air jeruk, air aki Larutan bersifat basa : air kapur, air abu, larutan sabun, larutan amonia, larutan soda Larutan bersifat netral : larutan natrium klorida, larutan urea, alkohol, larutan gula Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 Hal 2 dari 11 BAB VIII Prodi Teknik Boga A. Teori Asam-Basa Arrhenius + Dalam air, asam melepas ion H sedangkan basa melepas ion OH - Untuk menjelaskan penyebab sifat asam dan basa, sejarah perkembangan ilmu kimia mencatat berbagai teori. Pada tahun 1777, Lavoisier mengemukakan bahwa asam mengandung oksigen. Unsur itu yang dianggap bertanggung jawab atas sifat-sifat asam (nama oksigen diberikan oleh Lavoisier yang berarti pembentuk asam). Namun pada tahun 1810, Humphrey Davy menemukan bahwa asam hidrogen klorida tidak mengandung oksigen. Davy kemudian menyimpulkan bahwa hidrogenlah dan bukan oksigen yang merupakan unsur dasar dari setiap asam. Kemudian pada tahun 1814, Gay Lussac menyimpulkan bahwa asam adalah zat yang dapat menetralkan alkali dan kedua golongan senyawa itu hanya dapat didefinisikan dalam kaitan satu dengan yang lain. Konsep yang cukup memuaskan tentang asam dan basa, dan yang tetap diterima hingga sekarang, dikemukakan oleh Arrhenius pada tahun 1884. Menurut Arrhenius, asam + - adalah zat yang dalam air melepaskan ion H sedangkan basa melepaskan ion OH . Jadi, + - pembawa sifat asam adalah ion H sedangkan pembawa sifat basa adalah OH . Asam Arrhenius dirumuskan sebagai HxZ yang dalam air mengalami ionisasi sebagai berikut : HxZ (aq) xH + (aq) + Z X(aq) Contoh : Asam klorida (HCl) dan asam sulfat (H2SO4) dalam air akan terionisasi sebagai berikut: + HCl (aq) H H2SO4 (aq) 2H - (aq) + Cl (aq) 2- + (aq) + SO4 (aq) + Jumlah ion H yang dapat dihasilkan oleh 1 molekul asam disebut valensi asam. + Sedangkan ion negatif yang terbentuk dari asam setelah melepas ion H disebut ion sisa asam. Nama asam sama dengan nama ion sisa asam dengan didahului kata asam. Beberapa contoh asam dan reaksi ionisasinya diberikan pada Tabel 2. Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Tgl. 01 Mei 2008 Semester I BAB VIII Hal 3 dari 11 Prodi Teknik Boga Tabel 2. Berbagai jenis asam Rumus Asam Asam nonoksi Nama Asam Valensi Reaksi Ionisasi Asam Sisa Asam # HF Asam fluorida HF → H + F HCl Asam klorida HCl → H + Cl HBr Asam bromida HBr → H + Br HI Asam iodida HI → H + I HCN Asam sianida HCN → H2S Asam sulfida H2S HNO2 Asam nitrit HNO2 HNO3 Asam nitrat HNO3 H2SO3 Asam sulfit H2SO4 + - 1 F - + - 1 Cl + -- 1 Br 1 I 1 CN 2 S → H + NO2 1 NO2 → H + NO3 1 NO3 H2SO3 → 2 H + SO3 2 SO3 Asam sulfat H2SO4 → 2 H + SO4 2 SO4 H3PO3 Asam fosfit H3PO3 → 2 H + HPO3 2 HPO3 H3PO4 Asam fosfat H3PO4 → 3 H + PO4 3- 3 PO4 H2CO3 Asam karbonat H2CO3 → 2 H + CO3 2- 2 CO3 HClO4 Asam perklorat HClO4 → H + ClO4 1 ClO4 Asam format HCOOH 1 HCOO - 1 CH3COO 1 C6H5COO 2 C2O4 Asam oksi → + - + H + CN + - 2- 2 H +S - - 2- # *) *) *) + - + - + 2- + 2- + 2- + + + - - 222- 32- # Asam organik HCOOH → H + HCOO + - - (asam semut) CH3COOH Asam asetat CH3COOH → H + CH3COO + - (asam cuka) C6H5COOH Asam benzoat C6H5COOH → H + C6H5COO H2C2O4 Asam oksalat H2C2O4 *) + - → 2 H + C2O4 + 2- 2- Asam hipotetis, asam yang tidak stabil, segera terurai menjadi zat lain. Asam hipotetis di atas terurai menurut persamaan 2HNO3 (aq) → H2O (l) + NO (g) + NO2 (g) H2SO3 (aq) → H2O (l) + SO2 (g) H2CO3 (aq) → H2O (l) + CO2 (g) Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P - FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 Hal 4 dari 11 BAB VIII Prodi Teknik Boga #) Asam nonoksi adalah asam yang tidak mempunyai oksida asam. Asam oksi adalah asam yang mempunyai oksida asam. Asam organik adalah asam yang tergolong senyawa organik. Asam organik tidak mempunyai oksida asam. Basa Arrhenius adalah hidroksida logam, M(OH)x, yang dalam air terurai sebagai berikut: M(OH)x (aq) → M x+ - (aq) + x OH (aq) - Jumlah ion OH yang dapat dilepaskan oleh satu molekul basa disebut valensi basa. Beberapa contoh basa diberikan pada Tabel 3. Tabel 3. Beberapa basa dan reaksi ionisasinya Rumus Basa Nama Basa Reaksi Ionisasi Valensi NaOH Natrium hidroksida NaOH → Na + OH KOH Kalium hidroksida KOH → K + + OH Mg(OH)2 Magnesium hidroksida Mg(OH)2 → Mg Ca(OH)2 Kalsium hidroksida Ca(OH)2 → Ca Sr(OH)2 Stronsium hidroksida Sr(OH)2 → Sr Ba(OH)2 Barium hidroksida Ba(OH)2 → Ba Al(OH)3 Aluminium hidroksida Al(OH)3 → Al Fe(OH)2 Besi(II) hidroksida Fe(OH)2 → Fe Fe(OH)3 Besi(III) hidroksida Fe(OH)3 → Fe + - 1 - 1 2+ + 2 OH - 2 2+ + 2 OH - 2 - 2 - 2 - 3 2+ + 2 OH 2+ + 2 OH 3+ + 3 OH 2+ + 2 OH - 2 3+ + 3 OH - 3 B. Tetapan Kesetimbangan Air (Kw) + Air merupakan elektrolit sangat lemah yang dapat terionisasi menjadi ion H dan ion OH Air merupakan elektrolit yang sangat lemah. Air dapat menghantarkan listrik karena + - terionisasi menjadi ion H dan ion OH menurut reaksi kesetimbangan : H2O (i) ⇔ H Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc + (aq) + OH (aq) ............................... (1) Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 BAB VIII Hal 5 dari 11 Prodi Teknik Boga [H + ][OH - ] [H 2O] Kc = Oleh karena [H2O] dapat dianggap konstan, maka hasil perkalian Kc x [H2O] adalah merupakan suatu konstanta yang disebut tetapan kesetimbangan air (Kw). + - Kw = [H ] . [OH ] ............................... (2) Harga Kw pada berbagai suhu dapat dilihat pada Tabel 4 berikut. Tabel 4. Harga Kw pada berbagai suhu o Kw Suhu ( C) -14 0 0,114 x 10 10 0,295 x 10 20 0,676 x 10 25 1,00 x 10 -14 60 9,55 x 10 -14 100 55,0 x 10 -14 -14 -14 Dari Tabel 4 dapat disimpulkan bahwa harga tetapan kesetimbangan air bertambah besar dengan bertambahnya suhu. Hal ini menunjukkan bahwa reaksi ionisasi air merupakan reaksi endoterm. + Dalam air murni sesuai dengan Persamaan (1), konsentrasi ion H sama besar - dengan konsentrasi OH . Dalam air murni : [H ] = [OH ] = √ Kw + o - -14 Pada suhu kamar (sekitar 25 C), Kw = 1 x 10 , maka: [H ] = [OH ] = √1,00 x 10 + - -14 -7 = 10 mol/liter C. Indikator Asam-Basa Indikator asam-basa adalah zat warna yang mempunyai warna berbeda dalam larutan yang bersifat asam dan dalam larutan yang bersifat basa. Oleh karena itu, indikator asam-basa dapat digunakan untuk membedakan larutan asam dan larutan basa. Contohnya Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 BAB VIII Hal 6 dari 11 Prodi Teknik Boga adalah kertas lakmus. Lakmus berwarna merah pada larutan asam dan berwarna biru pada larutan basa. Di dalam laboratorium, indikator yang sering digunakan selain kertas lakmus adalah fenoltalein, metil merah, dan metil jingga. Tabel 5. Beberapa indikator asam-basa Indikator Larutan Asam Larutan Basa Larutan Netral Fenolftalein Tidak berwarna Merah dadu Tidak berwarna Metil merah Merah Kuning Kuning Metil jingga merah Kuning Kuning D. Kekuatan Asam-Basa Asam kuat dan basa kuat terionisasi seluruhnya dalam air, sedangkan asam lemah dan basa lemah terionisasi sebagian dalam air. Larutan asam dan basa termasuk golongan larutan elektrolit. Larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik. Zat yang larutannya mempunyai daya hantar baik walaupun konsentrasinya kecil, disebut elektrolit kuat. Zat yang larutannya mempunyai daya hantar kurang baik walaupun konsentrasinya relatif besar, disebut elektrolit lemah. Daya hantar listrik setiap larutan tergantung pada besarnya konsentrasi ion-ion dalam larutan tersebut. Elektrolit kuat terionisasi seluruhnya sehingga konsentrasi ion-ion dalam larutan relatif lebih besar. Elektrolit lemah terionisasi sebagian kecil sehingga konsentrasi ionion didalamnya relatif kecil. Banyak sedikitnya zat elektrolit yang terionisasi dinyatakan dengan derajat ionisasi (α), yaitu bilangan yang menunjukkan perbandingan antara jumlah zat yang terion dan jumlah zat yang dilarutkan. α= Jumlah zat yang terion Jumlah zat yang dilarutkan Harga derajat ionisasi berkisar antara 0 dan 1. Elektrolit kuat mempunyai α = 1, sedangkan elektrolit lemah mempunyai harga α yang mendekati nol. Contoh asam kuat : HCl, HI, HBr, H2SO4, HClO4 Contoh asam lemah : CH3COOH, H2S, H2CO3 Contoh basa kuat : NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 Contoh basa lemah : NH4OH Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 BAB VIII Hal 7 dari 11 Prodi Teknik Boga E. Tetapan Setimbang Asam (Ka) dan Tetapan Setimbang Basa (Kb) Asam kuat terionisasi seluruhnya, sehingga reaksi ionisasinya adalah reaksi yang berkesudahan. HCl (aq) → H Contoh : Sebaliknya, + (aq) + asam - Cl lemah (aq) terionisasi sebagian sehingga membentuk reaksi kesetimbangan. CH3COOH (aq) ⇔ CH3COO Contoh : - (aq) + H + (aq) Secara umum, ionisasi asam lemah valensi satu dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut: HA (aq) ⇔ H Ka = + (aq) + - A ............................. (3) (aq) [H + ][A - ] [HA] ............................. (4) + - Pada reaksi ionisasi asam lemah valensi satu, [H ] = [A ]. Apabila konsetrasi awal [HA] adalah sebesar M, maka : [H + ]2 M + 2 [H ] = K a . M Ka = [H + ] = K a . M ............................. (5) dengan: Ka= tetapan ionisasi asam M = konsentrasi asam ( satuannya M atau mol/liter ) Makin kuat asam, maka semakin banyak ion yang terbentuk, sehingga harga Ka semakin besar. Oleh karena itu, harga Ka merupakan ukuran kekuatan asam. Seperti halnya asam lemah, ionisasi basa lemah valensi satu dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut: LOH (aq) ⇔ L + Kb = Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc (aq) + [L+ ][OH - ] [LOH] OH (aq) ............................. (6) ............................. (7) Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 Hal 8 dari 11 BAB VIII + Prodi Teknik Boga - Pada reaksi ionisasi basa lemah valensi satu, [L ] = [OH ]. Apabila konsentrasi awal [LOH] adalah sebesar M, maka : [OH - ]2 M - 2 [OH ] = K b . M Kb = [OH - ] = K b . M ............................. (8) dengan: Kb= tetapan ionisasi basa M = konsentrasi basa ( satuannya M atau mol/liter ) F. Derajat Keasaman (pH) Larutan + pH larutan menyatakan konsentrasi ion H dalam larutan. Asam cuka 2 M lebih asam daripada asam cuka 1 M. Pernyataan ini mudah dipahami dan tidak memerlukan penjelasan. Akan tetapi, untuk memahami bahwa HCl 1 M lebih asam + daripada asam cuka 1 M, diperlukan sedikit penjelasan. Pembawa sifat asam adalah H , oleh + karena itu tingkat keasaman larutan tergantung pada konsentrasi ion H dalam larutan. HCl adalah asam kuat, sedangkan asam cuka adalah asam lemah. Jadi, walaupun konsentrasi + kedua asam tersebut sama, tetapi HCl mengandung ion H lebih banyak, sehingga HCl 1 M lebih asam daripada asam cuka 1 M. + + Konsentrasi H dalam larutan adalah sangat kecil. Contohnya, konsentrasi H dalam air -7 adalah 1 x 10 M. Untuk menghindari penggunaan bilangan yang kecil, maka kosentrasi H + dinyatakan dengan: + pH = - log [H ] ............................. (9) Dengan cara yang sama, maka: - pOH = - log [OH ] ............................. (10) pKw = - log Kw ............................. (11) Contoh: + -1 Jika konsentrasi ion H = 0,1 M, maka nilai pH = - log 0,1 = - log 10 = 1 + -2 Jika konsentrasi ion H = 0,01 M, maka nilai pH = - log 0,01 = - log 10 = 2 Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 BAB VIII Hal 9 dari 11 Prodi Teknik Boga + Makin besar konsentrasi ion H , makin kecil nilai pH. Larutan dengan pH = 1 adalah 10 kali lebih asam daripada larutan dengan pH = 2 . Bagaimana hubungan antara pH dengan pOH? Dari persamaan (2) diperoleh: + - Kw = [H ] . [OH ] ............................... (2) pKw = pH + pOH ............................... (12) -14 Pada suhu kamar, harga Kw = 1 x 10 , maka: - larutan netral : pH = pOH = 7 - larutan asam : pH < 7 - larutan basa : pH > 7 Contoh menentukan pH larutan asam: (1) Berapakah pH larutan HCl 0,01 M? HCl (aq) → H 0,01 M 0,01 M + (aq) - + Cl (aq) 0,01 M + [H ]= 0,01 M + pH = - log [H ] -2 = - log 0,01 = - log 10 =2 (2) Berapakah pH larutan H2SO4 0,1 M? H2SO4 (aq) → 0,1 M 2H + 0,2 M (aq) + SO4 2(aq) 0,1 M + [H ] = 0,2 M + pH = - log [H ] -1 = - log 0,2 = - log 2x10 = 1 - log2 -5 (3) Berapakah pH larutan asam cuka 0,1 M? Diketahui Ka = 10 [H + ]= K a .M [H + ]= 10−5. 0,1 [H + ]= 10−5.= 10−1 Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc 10−6 10−3 = Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Revisi : 00 Semester I Tgl. 01 Mei 2008 BAB VIII Hal 10 dari 11 Prodi Teknik Boga + pH = - log [H ] -3 = - log 10 =3 Contoh menentukan pH larutan basa: (1) Berapakah pH larutan NaOH 0,1 M? NaOH (aq) → + Na 0,1 M (aq) + OH 0,1 M (aq) 0,1 M - [OH ]= 0,1 M - pOH = - log [OH ] = - log 0,1 = - log 10 -1 =1 pH + pOH = pKw pH = pKw – pOH = 14 – 1 = 13 (2) Berapakah pH larutan Ca(OH)2 0,02 M? Ca(OH)2 (aq) → 2+ Ca 0,02 M (aq) + 0,02 M 2 OH (aq) 0,04 M - [OH ]= 0,04 M - pOH = - log [OH ] -2 = - log 0,04 = - log (4 x 10 ) = 2 – log 4 pH + pOH = pKw pH = pKw – pOH = 14 – (2 – log 4) = 12 + log 4 -5 (3) Berapakah pH larutan NH4OH 0,4 M? Diketahui Kb = 10 [OH - ]= K b .M [OH - ]= 10−5. 0,4 [OH - ]= 10−5. = 4. 10−1 Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc 4.10−6 2.10−3 = Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA BAHAN AJAR KIMIA DASAR No. BAK/TBB/SBG201 Semester I Revisi : 00 Tgl. 01 Mei 2008 BAB VIII Hal 11 dari 11 Prodi Teknik Boga - pOH = - log [OH ] -3 = - log (2 . 10 ) = 3 – log 2 pH + pOH = pKw pH = pKw – pOH = 14 – ( 3 – log 2) = 11+ log 2 Latihan soal: Hitunglah pH dari larutan berikut ini: a. HI 0,2 M b. H2SO4 0,01 M c. KOH 0,001 M d. Ba(OH)2 0,01 M Dibuat oleh : Andian Ari A., M.Sc Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi dokumen tanpa ijin tertulis dari Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Diperiksa oleh : Nani Ratnaningsih, M.P
